電力變壓器經濟運行分析
簡介： 對電力變壓器損耗進行分析，總結了在各種條件下經濟運行方式。
關鍵字：電力變壓器 損耗 經濟運行
1．前言
電力變壓器作為電力系統電壓變換的主要設備，被廣泛應用于輸電和配電領域，變壓器容量的選擇直接影響到電網的運行和投資。對供電部門的公用變壓器而言，會使低壓網絡變大造成過多地消耗有色金屬；選擇容量過大的變壓器會很快滿載，甚至過載，將會限制負荷的發展。變壓器經濟運行與否，是由所帶負荷大小、本身能耗的功率以及變壓器在磁化過程中引起的空載無功損耗、繞組電抗中的短路無功損耗等因素決定的。
變壓器在變換電壓及傳遞功率的過程中，自身將會產生有功功率損耗和無功功率損耗。變壓器的有功功率和無功功率損耗又與變壓器的技術特性有關，同時又隨著負載的變化而產生非線性的變化。因此，必須根據變壓器的有關技術參數，通過合理地選擇運行方式，加強變壓器的運行管理，充分利用現有的設備條件，以達到節約電能的目的。
2．變壓器的負載與損耗的關系
電力變壓器的有功功率損耗包含變壓器空載損耗和變壓器負載損耗兩部分，在一定的負載下，變壓器的有功功率損耗可用下式表示：
P=Pn+Pl 2－1
P--總的有功功率損耗；Pn--空載有功功率損耗；Pl--在一定負載下的負載有功功率損耗
Pn =Pt+KQt= Pt+K(I0%Se/100) 2－2
Pl=Pf+KQf= Pf+ K(Ud%Se/100) 2－3
Pt為變壓器額定空載有功損耗即變壓器鐵耗。
Qt為變壓器變壓器額定勵磁功率
I0%為變壓器空載電流
Pf為變壓器額定負載有功損耗即變壓器銅損
Ud%為變壓器阻抗電壓
K為無功經濟當量，按變壓器在電網中的位置取值，一般可取k=0.1kW/kvar
Se變壓器額定容量
空載損耗Pt是只與變壓器鐵芯相關的常數，它不隨變壓器負載的變化而變化。而負載損耗Pf則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗，根據P=I2R故Pf與負載電流的平方成正比。I0%、Ud%為變壓器一個固定參數，它們由變壓器銘牌或變壓器技術參數說明書提供，故變壓器損耗主要受負荷變化影響的銅耗決定。
由此根據公式2－2、2－3可以計算出一臺30KVA和一臺100KVA變壓器的有功功率損耗如下：
表2－1：30KVA變壓器在cos =0.8時不同負荷下的損失率
負荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％） 負荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％）
10 0.3 0.0085 0.3085 12.85 60 0.3 0.3060 0.6060 4.2
20 0.3 0.034 0.3340 6.96 70 0.3 0.4165 0.7165 4.26
30 0.3 0.0765 0.3765 5.23 80 0.3 0.5440 0.8440 4.40
40 0.3 0.1360 0.4360 4.54 90 0.3 0.6885 0.9885 4.58
50 0.3 0.2125 0.5125 4.27 100 0.3 0.8500 1.1500 4.79
表2－2：100KVA變壓器在cos =0.8時不同負荷下的損失率
負荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％） 負荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％）
10 0.66 0.0225 0.6825 8.35 60 0.66 0.8100 1.4700 3.06
20 0.66 0.0900 0.7500 4.69 70 0.66 1.0250 1.7625 3.15
30 0.66 0.2025 0.8625 3.59 80 0.66 1.4400 2.1000 3.28
40 0.66 0.3600 1.0400 3.25 90 0.66 1.8225 2.4825 3.45
50 0.66 0.5625 1.2225 3.06 100 0.66 2.2500 2.9100 3.64
圖2－1 ：30KVA變壓器不同負荷情況下損失曲線 圖2－2：100KVA變壓器不同負荷情況下損失曲線
通過表2－1、表2－2的數據及圖2－1、圖2－2的曲線，單從變壓器功率損失來看，利用率在50％－70％間為變壓器損失率最低、經濟運行最好的情況。
3．相同負荷情況下變壓器的選擇
由表2－1、表2－2的數據可以得出，當三臺30KVA(合計容量為90KVA)的變壓器在利用率為50％～70％情況下并列運行，三臺變壓器的總損耗P1大于一臺100KVA在相同利用率情況下的總損耗P2。因此兩臺及以上容量變壓器較相應容量的一臺的損失大，同時三臺變壓器的價格比一臺相同容量的更高。同時變壓器越大也并不一定就越經濟，單從變壓器損耗看那是可能的，但負荷越大外端輸出電流也越大，外線線路線徑就需要越大，初期造價也相應增加。
所以在相同負荷情況下變壓器選擇需要考慮一下幾點：
（1）、在綜合了解用戶負荷前提下，盡量根據變壓器工作在50％～70％利用率情況下選擇變壓器容量。
（2）、變壓器長期固定運行情況下可以考慮損耗較小的新型變壓器。雖然新型變壓器初期價格高，但是新型變壓器和高能耗變壓器價格差一般能在變壓器2~3年的運行中得到彌補。
（3）、根據現場供電情況，變壓器安裝應選擇在供電負荷重心區域。同時盡量保證三相變壓器負荷平衡，減少負序電壓損耗。
（4）、變壓器的選擇應根據變壓器損耗和外接線路的投資來充分比較考慮，盡量達到線路初期投資小和變壓器損耗低的優化方案。
4、結論：
對于變壓器的經濟運行應根據變壓器現有的技術參數結合實際負荷情況及現場情況，選擇合理的變壓器運行方式及變壓器容量，以便能夠實現變壓器的經濟運行，減少變壓器的有功功率損耗。
關鍵字：電力變壓器 損耗 經濟運行
1．前言
電力變壓器作為電力系統電壓變換的主要設備，被廣泛應用于輸電和配電領域，變壓器容量的選擇直接影響到電網的運行和投資。對供電部門的公用變壓器而言，會使低壓網絡變大造成過多地消耗有色金屬；選擇容量過大的變壓器會很快滿載，甚至過載，將會限制負荷的發展。變壓器經濟運行與否，是由所帶負荷大小、本身能耗的功率以及變壓器在磁化過程中引起的空載無功損耗、繞組電抗中的短路無功損耗等因素決定的。
變壓器在變換電壓及傳遞功率的過程中，自身將會產生有功功率損耗和無功功率損耗。變壓器的有功功率和無功功率損耗又與變壓器的技術特性有關，同時又隨著負載的變化而產生非線性的變化。因此，必須根據變壓器的有關技術參數，通過合理地選擇運行方式，加強變壓器的運行管理，充分利用現有的設備條件，以達到節約電能的目的。
2．變壓器的負載與損耗的關系
電力變壓器的有功功率損耗包含變壓器空載損耗和變壓器負載損耗兩部分，在一定的負載下，變壓器的有功功率損耗可用下式表示：
P=Pn+Pl 2－1
P--總的有功功率損耗；Pn--空載有功功率損耗；Pl--在一定負載下的負載有功功率損耗
Pn =Pt+KQt= Pt+K(I0%Se/100) 2－2
Pl=Pf+KQf= Pf+ K(Ud%Se/100) 2－3
Pt為變壓器額定空載有功損耗即變壓器鐵耗。
Qt為變壓器變壓器額定勵磁功率
I0%為變壓器空載電流
Pf為變壓器額定負載有功損耗即變壓器銅損
Ud%為變壓器阻抗電壓
K為無功經濟當量，按變壓器在電網中的位置取值，一般可取k=0.1kW/kvar
Se變壓器額定容量
空載損耗Pt是只與變壓器鐵芯相關的常數，它不隨變壓器負載的變化而變化。而負載損耗Pf則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗，根據P=I2R故Pf與負載電流的平方成正比。I0%、Ud%為變壓器一個固定參數，它們由變壓器銘牌或變壓器技術參數說明書提供，故變壓器損耗主要受負荷變化影響的銅耗決定。
由此根據公式2－2、2－3可以計算出一臺30KVA和一臺100KVA變壓器的有功功率損耗如下：
表2－1：30KVA變壓器在cos =0.8時不同負荷下的損失率
負荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％） 負荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％）
10 0.3 0.0085 0.3085 12.85 60 0.3 0.3060 0.6060 4.2
20 0.3 0.034 0.3340 6.96 70 0.3 0.4165 0.7165 4.26
30 0.3 0.0765 0.3765 5.23 80 0.3 0.5440 0.8440 4.40
40 0.3 0.1360 0.4360 4.54 90 0.3 0.6885 0.9885 4.58
50 0.3 0.2125 0.5125 4.27 100 0.3 0.8500 1.1500 4.79
表2－2：100KVA變壓器在cos =0.8時不同負荷下的損失率
負荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％） 負荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％）
10 0.66 0.0225 0.6825 8.35 60 0.66 0.8100 1.4700 3.06
20 0.66 0.0900 0.7500 4.69 70 0.66 1.0250 1.7625 3.15
30 0.66 0.2025 0.8625 3.59 80 0.66 1.4400 2.1000 3.28
40 0.66 0.3600 1.0400 3.25 90 0.66 1.8225 2.4825 3.45
50 0.66 0.5625 1.2225 3.06 100 0.66 2.2500 2.9100 3.64
圖2－1 ：30KVA變壓器不同負荷情況下損失曲線 圖2－2：100KVA變壓器不同負荷情況下損失曲線
通過表2－1、表2－2的數據及圖2－1、圖2－2的曲線，單從變壓器功率損失來看，利用率在50％－70％間為變壓器損失率最低、經濟運行最好的情況。
3．相同負荷情況下變壓器的選擇
由表2－1、表2－2的數據可以得出，當三臺30KVA(合計容量為90KVA)的變壓器在利用率為50％～70％情況下并列運行，三臺變壓器的總損耗P1大于一臺100KVA在相同利用率情況下的總損耗P2。因此兩臺及以上容量變壓器較相應容量的一臺的損失大，同時三臺變壓器的價格比一臺相同容量的更高。同時變壓器越大也并不一定就越經濟，單從變壓器損耗看那是可能的，但負荷越大外端輸出電流也越大，外線線路線徑就需要越大，初期造價也相應增加。
所以在相同負荷情況下變壓器選擇需要考慮一下幾點：
（1）、在綜合了解用戶負荷前提下，盡量根據變壓器工作在50％～70％利用率情況下選擇變壓器容量。
（2）、變壓器長期固定運行情況下可以考慮損耗較小的新型變壓器。雖然新型變壓器初期價格高，但是新型變壓器和高能耗變壓器價格差一般能在變壓器2~3年的運行中得到彌補。
（3）、根據現場供電情況，變壓器安裝應選擇在供電負荷重心區域。同時盡量保證三相變壓器負荷平衡，減少負序電壓損耗。
（4）、變壓器的選擇應根據變壓器損耗和外接線路的投資來充分比較考慮，盡量達到線路初期投資小和變壓器損耗低的優化方案。
4、結論：
對于變壓器的經濟運行應根據變壓器現有的技術參數結合實際負荷情況及現場情況，選擇合理的變壓器運行方式及變壓器容量，以便能夠實現變壓器的經濟運行，減少變壓器的有功功率損耗。
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